Post on 03-Apr-2015
Les membranes et la compartimentation cellulaire
Les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines
Dynamique des molécules des membranes Fonctions des membranes Biosynthèse des protéines membranaires et
sécrétion des protéines solubles
Les molécules amphiphiles
hydrophobe hydrophile
s’associent spontanément
en micelles ou en bicouches
suivant le volume relatif de leurs domaines hydrophile et hydrophobe
Rôles des lipides
Rôle structural : les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines
Rôle énergétique : stockage et échanges Rôle de signalisation : à la surface des membranes
Les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines
70% des protéines sont associées aux membranesLes protéines membranaires constituent 20% de la masse protéique des cellulesLes protéines membranaires constituent 50% de la masse protéique des membranes
Les acides gras
acideChaîne aliphatique
palmitate
oleate
Les acides gras naturels possèdent un nombre pair de carbones: C14->C24
Certaines liaisons sont insaturées et créent un coude dans la structure
Les phospholipidesexemple des phosphoglycérides
GLYCEROL
ACIDE GRAS
ACIDE GRAS
PHOSPHATEALCOOL
… sont constitués d’un glycérol,
glycérol
HC OH
H2C
CH2
OH
HO
… de deux acides gras,
glycérol acides gras
HC O
H2C
CH2
O CH3
CH3
(CH2)14
CH
(CH2)7(CH2)7 CH
C
O
C
O
HO
palmitate
oleate
… d’un phosphate
glycérol acides grasphosphate
HC O
H2C
CH2
O
O-
CH3
CH3
(CH2)14
CH
(CH2)7(CH2)7 CHO
HO P
C
O
C
O
O
palmitate
oleate
…et d’un alcool
glycérol acides grasphosphatealcool
HC O
H2C
CH2
O
O-
CH2CH2H3C
CH3
CH3
(CH2)14
CH
(CH2)7(CH2)7 CHO
O PN+
C
O
H3C
H3C
C
O
O
palmitate
oleate
la phosphatidylcholine
La diversité des phospholipides résulte de l’association de
têtes polaires différentes...
choline
CH2CH2H3C OHN+
H3C
H3C
ethanolamine
CH2CH2 OHH3N+
serine
CH
CH2 OH-OOC
NH3+
glycerol
CH2CH
OHOH CH2
OHOH
OH
OH
OHOH
HO
H
HHH
H
H
inositol
PhosphatidylethanolaminePhosphatidylserinePhosphatidylcholinePhosphatidylinositolSphingomyélineGlycolipidesCholesterolAutres
Réticulum endoplasmique
Membrane plasmique
Mitochondrie
74
24< 1197
1722
352
390003
21
175
400506
30
proportion en %
… avec des acides gras différents
LaurateMyristatePalmitateStéarateArachidateBehenateLignocerate
PalmitoleateOleateLinoleateLinolenateArachidonate
Nombre de doubles liaisons
0000000
11234
Nombre de carbones
12141618202224
1618181820
des centaines de phospholipides différents
La distribution des lipides est asymétrique exemple de la membrane plasmique
PhosphatidylserinePhosphatidylethanolaminePhosphatidylcholineGlycolipides
extérieur intérieur
01090
100
10090100
La membrane plasmique
Les membranes des cellules eucaryotes contiennent du cholestérol
cholestérol
HO
CH3
CH3
CH
CH3
CH2
CH2
CH2
CH
CH3 CH3
cellules animales
ergostérol
cellules végétales
HO
CH3
CH3
CH
CH3
CH
CH
CH
CH
CH3 CH3
CH3
Le cholestérol est indispensable
Le cholestérol est le précurseur des hormones stéroïdiennes
Synthèse dans le foie ou apport nutritif et transport dans le sang
Low-Density Lipoprotein
Interaction des protéines avec les membranes
Protéines membranaires intrinsèques
Protéines membranaires périphériques
Solubilisables après destruction de la membrane par des détergents
Solubilisables par des moyens physico-chimiques doux (pH, concentration de sel)
Principe d’action des détergents
détergent ionique
détergent non-ionique
Le domaine transmembranaire des protéines est souvent constitué d’hélices hydrophobes
21 acides aminés hydrophobes
Identification des hélices transmembranairesEchelle de polaritéAcide aminé Energie de transfert
(kcal/mole)Phe F + 3,7Met M + 3,4Ile I + 3,1Leu L + 2,8Val V + 2,6Cys C + 2,0Trp W + 1,9Ala A + 1,6Thr T + 1,2Gly G + 1,0Ser S + 0,6Pro P - 0,2Tyr Y - 0,7His H - 3,0Gln Q - 4,1Asn N - 4,8Glu E - 8,2Lys K - 8,8Asp D - 9,2Arg R - 12,3
LSTTEVAMHTTTSSSVSKSYISSQTNDTHK...
Score 4,62,4
2,4-2,9
Dynamique des molécules des membranes
Diffusion latérale des lipides et des protéines Transport à travers la bicouche lipidique Réactions aux interfaces
Les lipides et les protéines peuvent diffuser
rapidement dans le plan de la membrane Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP)
Coefficients de diffusion latérale:Lipides 1-2 m2/sProtéines membranaires périphériques 1 m2/sProtéines membranaires intrinsèques 0.1-0.5 m2/sAttachement au cytosquelette 10-4 m2/s
t = r2/D
t
r
Les bicouches lipidiques sont imperméables aux
molécules polaires
gaz
Les protéines membranaires sont indispensables pour le transport des molécules polairesions
Fonctions des membranes
CompartimentationSéparation de réactions chimiques incompatiblesGradients de concentrationEnergétique cellulaire et mitochondries
Echanges Endocytose, exocytoseTransport: pompes et canauxMembrane plasmique
Communication intercellulaire Récepteurs, hormones et neurotransmetteursElectrophysiologie
La compartimentation membranaire
Pour une cellule eucaryoteSurface de la membrane plasmique 1500 m2
Surface des membranes internes 45 000 m2
Surface du cytosquelette 150 000 m2
Organisation du métabolisme cellulaire Appareil digestif
endosomes-lysosomeshydrolyses
CytosolANAEROBIE
glycolyse
MitochondrieAEROBIE
Cycle de l’acide citriquePhosphorylation oxydative
Excrétions
glucose
2 pyruvate
2 ATP24 kcal/mole
28 ATP336 kcal/mole
+ 6 O2
6 CO2 + 6 H2O686 kcal/mole
Les molécules de l’énergétique cellulaire
glucose
pyruvateglycolyse
acides
ATP
Structure des mitochondries
Matrice: cycle de Krebsoxydation des lipides
Membrane interne:phosphorylation oxydative
Espace intermembranaire:transphosphorylation des nucléotides
Membrane externe: filtre < 5000 Da
Cytosol: glycolyse
La phosphorylation oxydative
Un couplage énergétique ...
… via un gradient de protons
gradient de protons
- 53 kcal/mole
+ 12 kcal/mole
6 protons par O réduit3 protons par ADP phosphorylé
ATP
ADP + Pi
travailmécanique
flux de protons
L ’ATPsynthase F1F0, un convertisseur d’énergie
F0
F1
ATP
ADP + Pi
travailmécanique
flux de protons
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Coloration fonctionnelle des mitochondries
cellule endothéliale d’artère pulmonaire de boeuf
spermatozoïde de taureau
Les triglycerides, forme de stockage de l’énergie
adipocyte
GLYCEROL
ACIDE GRAS
ACIDE GRAS
ACIDE GRAS
triacylglycerol + H2O glycerol + 3 acides gras
Palmitate + O2 CO2 + HO22340 kcal/mole
ATP)+ 129 (ADP + Pi 940 kcal/mole
dans la mitochondrie
Fonctions des membranes
CompartimentationSéparation de réactions chimiques incompatiblesGradients de concentrationEnergétique cellulaire et mitochondries
Echanges Endocytose, exocytoseTransport: échangeurs, pompes et canaux
Communication intercellulaire Récepteurs, hormones et neurotransmetteursElectrophysiologie
Transport de métabolites
glucose Na+
échangeur
canal pompe
117 mM
30 mM
Potentiel transmembranaire
- 60 mVX ?
Microvilli de la membrane plasmique membrane plasmique cytosquelette d’actine
Endocytose ou internalisation de molécules
fer sous forme de ferritine cholestérol sous forme de particule de lipoprotéine LDL
manteau protéique (clathrin coat)
récepteur spécifique (protéine transmembranaire)
Exocytose ou sécrétion cellulaire Exemple du mastocyte
avant stimulation ... … après stimulation
Sécrétion de protéines
réticulum endoplasmique
pulse : 1 min[3H]-leucine
chasse : 3 minchasse : 20
minchasse : 90 min
appareil de Golgi vésicules de sécrétion
Fonctions des membranes
CompartimentationSéparation de réactions chimiques incompatiblesGradients de concentrationEnergétique cellulaire et mitochondries
Echanges Endocytose, exocytoseTransport: pompes et canaux
Communication intercellulaire Récepteurs, hormones, canaux et neurotransmetteursElectrophysiologie
Le chimiotactisme
gradient d’hormone (AMPc)
récepteur spécifique (protéine)
réponse cellulaire (pseudopode)
Les bases moléculaires de la transmission nerveuse
Canal régulé par la tension transmembranaire
Canal régulé par un neurotransmetteur
Mesure des conductances élémentaires des
membranes par la technique du patch-clamp U
I
Structure des canaux ioniques
membrane
Canal K+ voltage-dependant
open closed